Secondo uno studio a cui hanno partecipato il Cnr-Icpf e l’Università di Messina le caratteristiche del liquido incidono sulla produzione. L’efficienza della fotocatalisi può dipendere dalla disposizione dei legami tra le molecole
Le caratteristiche dell’acqua possono influenzare l’efficienza complessiva della fotocatalisi e avere, quindi, un impatto significativo sulla quantità di idrogeno prodotta nell’ambito dei processi di produzione del cosiddetto “idrogeno verde”. È quanto è emerso da uno studio condotto dall’Istituto per i processi chimico-fisici del Consiglio nazionale delle ricerche di Messina (Cnr-Ipcf), dall’Università di Messina e dall’Università di Zurigo, e pubblicato sulla rivista scientifica della Società americana di chimica Journal of the American Chemical Society.
Produrre idrogeno verde in modo completamente eco-sostenibile
La capacità di produrre idrogeno verde in modo completamente eco-sostenibile attraverso i processi di fotocatalisi dipende, infatti, strettamente dalle proprietà del semiconduttore (come, ad esempio, l’ossido di titanio TiO2), il materiale che viene esposto alla luce solare per attivare la reazione chimica. In questi sistemi, la materia prima, cioè gli atomi di idrogeno che compongono l’idrogeno molecolare, proviene dall’acqua liquida a contatto con il semiconduttore. Quando il semiconduttore è colpito dalla luce solare, genera cariche elettriche che, sotto opportune condizioni, separano le molecole d’acqua in ossigeno e idrogeno. “Le ricerche precedenti nel campo della fotocatalisi si sono concentrate esclusivamente sulle proprietà chimico-fisiche del semiconduttore, con l’obiettivo di sviluppare fotocatalizzatori stabili, economici ed efficienti per la produzione di idrogeno. Tradizionalmente, l’acqua è da sempre stata vista come un semplice ambiente passivo in cui avviene la reazione chimica, senza un ruolo attivo nella produzione dell’idrogeno”, afferma Giuseppe Cassone, ricercatore Cnr-Ipcf.
Questo studio dimostra che l’organizzazione delle molecole d’acqua a livello sub-microscopico gioca, invece, un ruolo cruciale. Utilizzando tecniche sperimentali e simulazioni avanzate su supercomputer, è stato scoperto che l’efficienza nella produzione di idrogeno non dipende solo dalle caratteristiche del semiconduttore, ma anche in modo significativo dalla disposizione delle molecole d’acqua nei primi strati adiacenti alla sua superficie.
“Questo è un risultato innovativo perché per la prima volta si mette in luce l’importanza cruciale dell’acqua stessa nel processo, aprendo nuove strade per migliorare l’efficienza della produzione di idrogeno verde”, osserva Rosaria Verduci dell’Università di Messina.
Il lavoro offre una comprensione più profonda dei processi di attivazione fotocatalitica e apre nuove prospettive nella progettazione di materiali catalitici capaci di influenzare la struttura dell’acqua a livello molecolare. “Questi progressi sono fondamentali per una produzione di idrogeno verde più efficiente e sostenibile, contribuendo a un futuro energetico più pulito e rispettoso dell’ambiente, in linea con la transizione verso un’economia globale a zero emissioni entro il 2050”, conclude Fabrizio Creazzo, dell’Università di Zurigo.
Lo studio è frutto di una collaborazione tra un team di fisici e chimici industriali. Allo studio hanno preso parte Giuseppe Cassone di Cnr-Ipcf, Giovanna D’Angelo, Gabriele Centi, Siglinda Perathoner e Rosaria Verduci dell’Università di Messina e Fabrizio Creazzo dell’Università di Zurigo.
E-Shyips, progetto per l’idrogeno nel trasporto marittimo
ROMA – Sviluppare un quadro normativo per consentire l’utilizzo dell’idrogeno nel trasporto marittimo. È questo l’obiettivo del progetto e-Shyips, che conta su un finanziamento europeo di oltre 400 mila euro e al quale partecipa anche l’Italia con Enea, all’interno del consorzio Atena, insieme a Politecnico di Milano (coordinatore) e Cineca per complessivi 14 partner provenienti da 7 Paesi Ue. “Il progetto e-Shyips si inserisce in uno scenario europeo che vede ancora una scarsa diffusione delle imbarcazioni alimentate a idrogeno e l’assenza di una regolamentazione riconosciuta e condivisa a livello internazionale che disciplini l’adozione dell’idrogeno a bordo”, spiega Viviana Cigolotti, responsabile della Divisione Enea di Tecnologie e vettori per la decarbonizzazione. “Dato che risultano insufficienti le linee guida dell’International Maritime Organization (Imo) sulle celle a combustibile alimentate a idrogeno per la propulsione navale, e-Shyips intende definire un processo di certificazione che integri le attività di ricerca sugli standard con simulazioni ed esperimenti di laboratorio, al fine di passare dalla teoria all’applicazione”, aggiunge Cigolotti.
Esperti di livello internazionale aggiorneranno il Codice IGF (International Code of Safety for Ships using Gases or other Low-flashpoint Fuels) delle navi passeggeri alimentate a idrogeno, ovvero il Codice di sicurezza per le imbarcazioni che usano gas o altri combustibili a basso punto di infiammabilità. In parallelo, sarà definita la tabella di marcia per la promozione dell’economia dell’idrogeno in ambito marittimo.
Negli ultimi anni la ricerca ha messo in evidenza i benefici potenziali delle celle a combustibile a idrogeno per il settore marittimo, mentre Imo ha rivisto recentemente la propria strategia puntando su uno scenario a zero emissioni entro il 2050. “Con le emissioni di gas serra del comparto che continuano a crescere, la decarbonizzazione del settore marittimo diventa una priorità e l’idrogeno rappresenta un’alternativa energetica promettente. Grazie al progetto e-SHyIPS acquisiremo conoscenze per accelerare i processi autorizzativi che ne consentano l’utilizzo”, conclude Cigolotti.
Nell’ambito del progetto, si è svolto recentemente a Bruxelles un workshop internazionale sulla decarbonizzazione del settore marittimo con l’obiettivo specifico di individuare le principali barriere all’uso dell’idrogeno come combustibile navale. Nell’occasione, gli armatori hanno evidenziato il costo dell’idrogeno ancora elevato, mentre le autorità portuali hanno messo in rilievo le criticità legate alla trasformazione dei porti in hub energetici. Inoltre, durante i lavori è stata sottolineata l’importanza di un programma di investimenti pubblici che offra all’Europa l’opportunità di assumere un ruolo di leadership nel settore dell’idrogeno in ambito marittimo.
